(57)【要約】  寡数の送信機と固有のＩＤを有する多数の受信機からなり、送信機が同ＩＤを用いて送信機と受信機内部の可変リアクタンスを一括制御し一対多の電力伝送を行う無線電力伝送システムである。具体的には、適応的に電力伝送効率を制御可能な、一対多の無線電力伝送システムの実現を目的として、受信機が送信する固有のＩＤを送信機が登録し、該ＩＤ毎に受信機に電力受信状態の報告を要請し、同報告内容に従って送信機と受信機内部の可変リアクタンスを一括制御しシステム内部の電力伝送効率を動的に最適化する構成とする。
2011042974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの送信機と複数の受信機とを含んでなる無線電力伝送システムであって、
前記送信機は、アンテナと、送信部可変リアクタンス回路と、送信部制御回路と、送信部変調器と、搬送波発生回路とを具備し、
前記受信機の各々は、アンテナと、受信部可変リアクタンス回路と、受信部復調器と、受信部制御回路と、整流回路と、ID記憶装置とを具備し、
前記受信機の各々には各々に固有のIDが付与されており、
前記送信機は、前記送信部可変リアクタンス回路を前記送信部制御回路により制御して、前記IDと制御命令とを送信し、
前記受信機の各々は、前記送信機から送信される前記IDと前記制御命令とを受信し、受信したIDが前記ID記憶装置に記憶された受信機固有のIDと一致した受信機は、前記受信部可変リアクタンス回路を前記受信部制御回路により制御する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項２】
請求項1において、
前記送信機の前記送信部可変リアクタンス回路の制御と、単一あるいは複数である前記受信機の受信部可変リアクタンス回路の制御とが、時系列的に交互に行われる
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記送信機は、方向性結合器と検波回路とを更に具備し、かつ、前記搬送波発生回路の出力のうち前記送信機の前記アンテナで反射して前記送信機外部に出力されず前記送信機内部に戻る電力を検知し、該戻る電力が最小と成るように前記送信部制御回路によって前記送信部可変リアクタンス回路を調整し、
前記受信機の各々は、前記整流回路によって得られる電力が最大となるように前記受信部制御回路によって前記送信部可変リアクタンス回路を調整する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記送信機は送信部復調器と記憶回路とを更に具備し、
前記受信機の各々は受信部変調器を更に具備し、
前記受信機の各々は可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力とID記憶装置に予め格納された固有のIDとを前記送信機に前記受信部変調器を用いて送信し、
前記送信機は前記受信機の該送信内容を前記送信部復調器で読み取り、該記憶回路内部に存在する、受信機状態遷移テーブルに受信機IDと可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力とを書き込む
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記送信機は、前記受信機状態遷移テーブルの内容を、前記受信機ID毎に前記受信機の該送信内容を読み取った結果を更新する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項６】
請求項５において、
前記送信機は最大許容出力電力値を有し、送信出力が該最大許容出力電力値を超えた場合、情報の交換を行っている受信機の単一あるいは複数のいずれかに対し、該受信機の固有IDとともに電力受信の中断を要請する信号を送信し、該信号を受信した受信機のうち固有IDが一致するものが、前記受信部制御回路によって電力受信の中断動作を行う
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項７】
請求項６において、
電力受信を中断する受信機を、前記送信機の前記記憶回路内部にある前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれている受信電力の小さいIDに対応する受信機から順次選択する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項８】
請求項７において、
前記送信機の前記記憶回路内部にある前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれている可変リアクタンス回路の制御状況が制御途中で電力受信が安定状態に達していないIDに対応する受信機から順次選択する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項９】
請求項８において、
前記送信機は一定時間間隔で前記受信機に対して制御命令を送信する第１のタイムスロットを有し、
該第１のタイムスロットで前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれているID毎に順次、前記受信機に対して制御信号を該IDとともに送信し、
前記受信機は該制御信号を受信し、受信信号に含まれるIDが自己の固有IDと一致する場合、可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力とID記憶装置に予め格納された固有のIDとを前記送信機に前記受信部変調器を用いて送信する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１０】
請求項９において、
前記送信機の出力電力が予め定められた最大許容出力電力値を超えた場合、前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれている受信電力の小さい受信機のIDを優先して受信機制御信号を送信する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記送信機の出力電力が予め定められる最大許容出力電力値を超えた場合、前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれている可変リアクタンス回路の制御状況が制御途中で電力受信が安定状態に達していないIDを優先して前記受信機制御信号を送信する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記受信機が電力受信を停止し、前記送信機が受信する特定のIDの受信機に相当する可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力にて該受信電力が複数の前記第１のタイムスロットに渡りゼロである場合、前記送信機は前記記憶回路内部の前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれている当該IDおよび可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力とを削除する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記送信機は前記記憶回路内部に受信機状態履歴テーブルおよび時計を更に具備し、
前記送信機が前記記憶回路内部の前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれている当該IDおよび可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力とを削除する場合に、その内容と時刻とを前記受信機状態履歴テーブルに順次格納する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記送信機は前記第１のタイムスロットとは異なる第２のタイムスロットを有し、
前記受信機は固有の送信間隔で自己のIDを送信し、
前記送信機は前記第２のタイムスロットにて前記受信機からのID信号を受信し、前記記憶回路内部にある前記受信機状態遷移テーブルに該IDを書き込み、該受信機からの受信機固有の送信間隔を持つ自己IDの送信を停止する信号を該IDと供に送信し、
前記受信機は固有の送信間隔を持つ自己IDの送信停止信号を受信し、該受信信号に含まれるIDが自己の固有IDと一致する場合、固有の送信間隔を持つ自己IDの送信を停止する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記送信機からの命令で電力受信を中断した受信機が、改めて固有の送信間隔で自己のIDを送信して電力受信の動作を再開する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記第１のタイムスロットと前記第２のタイムスロットとが時間軸上に交互に設定される
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記送信機は周波数が異なる搬送波発生装置を具備する複数の送信機を含んでなり、
前記受信機は周波数が異なる搬送波発生装置を具備する複数の受信機を含んでなる
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記受信機状態履歴テーブルに格納されている情報を用いて供給電力に応じて課金を行う
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１９】
一つの送信機と複数の受信機とを含んでなり、
前記送信機は、アンテナと、送信部可変リアクタンス回路と、送信部制御回路と、送信部変調器と、搬送波発生回路とを具備し、
前記受信機の各々は、アンテナと、受信部可変リアクタンス回路と、受信部復調器と、受信部制御回路と、整流回路と、ID記憶装置とを具備し、
前記受信機の各々には各々に固有のIDが付与されており、
前記送信機は、前記送信部可変リアクタンス回路を前記送信部制御回路により制御して、前記IDと制御命令とを送信し、
前記受信機の各々は、前記送信機から送信される前記IDと前記制御命令とを受信し、受信したIDが前記ID記憶装置に記憶された受信機固有のIDと一致した受信機は、前記受信部可変リアクタンス回路を前記受信部制御回路により制御する無線電力伝送システムの前記受信機に用いられる無線電力伝送装置であって、
前記アンテナ、前記受信部可変リアクタンス回路、前記受信部復調器、前記受信部制御回路、前記整流回路、および前記ID記憶装置と共に、更に変調回路を具備し、
前記変調回路が半導体スイッチで構成され、前記送信機への通信をバックスキャッタリング方式にて行う
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記送信機および前記受信機の電子回路の特性インピーダンスに比べて、前記送信機の前記アンテナの自己インピーダンスの実部および前記受信機の前記アンテナの自己インピーダンスの実部が夫々、前記送信機の前記アンテナと前記受信機の前記アンテナとの相互インピーダンスの実部より小さい
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記送信機および前記受信機の前記アンテナが、一体面の上に複数の微小多角形導体の集合で形成され、該一体面が有する対称軸に対して密度が対象となるように該複数の微小多角形導体が配置され、前記送信機の前記アンテナと前記受信機の前記アンテナとの上に存在する微小多角形導体上に設けられる給電点の各々が、前記送信機の前記アンテナと前記受信機の前記アンテナとを結ぶ最短距離を形成し且つ該対称軸より離れて分布している
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２２】
請求項２１において、
前記送信機および前記受信機の前記アンテナが、一体の平面上に実現される
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２３】
請求項２２において、
前記送信機および前記受信機の前記アンテナを形成する複数の微小多角形導体が、矩形である
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２４】
請求項２２において、
前記送信機および前記受信機の前記アンテナを形成する複数の微小多角形導体が、三角形状である
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２５】
請求項１９において、
前記送信機および前記受信機の前記アンテナによって形成されるアンテナ系の相互インピーダンスが共振条件を満足する
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２６】
請求項２５において、
前記受信機の前記アンテナの構造の一部にリアクタンス素子が装荷され、
該リアクタンス素子は、前記送信機および前記受信機の前記アンテナの相対位置変化に追随し、該共振条件を維持するために前記送信機が送信する電磁波の周波数を変化させる
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２７】
請求項２６において、
前記送信機の前記アンテナおよび前記受信機の前記アンテナの構造の一部に可変リアクタンス素子が装荷され、
前記可変リアクタンス素子は、前記送信機および前記受信機の前記アンテナの相対位置変化に追随し、該共振条件を維持するために、前記送信機によって制御される
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２８】
請求項２７において、
前記可変リアクタンス素子は、前記送信機が送信する電磁波の周波数を変化させることで、前記送信機によって制御される
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を用いて無線で電力を伝送するシステム、装置、およびその伝送方法に関し、特に静電界および誘導界が放射界と比べて電磁界のエネルギ相互作用に主要な役割を果たすフレネル領域における電力伝送に好適な、無線電力伝送システム、無線電力伝送装置、および電力伝送方法であって、取り分け、IDを用いて多数の受信機の中から所定の受信機へ選択的に電力を伝送するID制御一対多無線電力伝送システム、およびID制御一対多無線電力伝送装置、さらには無線供給電力課金システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線により電力伝送を行うシステムとして、送信機から発射された電磁波の放射界成分を用いて、受信機が同電磁界を捕捉し交流電流とし整流によって電源として使用可能な電力を得るバッシブＲＦＩＤがあった（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ＲＦＩＤハンドブック第２版（Klaus Finkenzellar著、ソフト工学研究所訳、日刊工業新聞社刊、2004年5月  pp. 43-45）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
無線技術の進歩に伴い、多くの情報量を電磁波に乗せて無線で伝送することが可能となっている。これに伴い情報機器は、情報の送受媒体としての有線を可能な限り削除することで、結線による利便性の低下を克服してきた。しかしながら情報機器を動作させるための電力の供給の主流は未だに有線であり、多くの情報機器は有線結合から開放された設置および移動に事実上制約が無い状況には至っていない。【０００５】
無線による電力伝送は、伝送すべき電力が小さい場合は既に一部実用化されている。その代表的なものは「バッシブＲＦＩＤ」と呼ばれるもので、送信機から発射された電磁波の放射界成分を用いて、受信機は同電磁界を捕捉し交流電流とし整流によって電源として使用可能な電力を得ている。この技術については、非特許文献１に述べられている。ＲＦＩＤの受信機が用いる電力は現状数マイクロワット程度であり、一般の民生機器を稼動するのに必要とされる電力である数ワットから数十ワットオーダーと比べると桁違いに小さい。【０００６】
送信機から空間に放出される電磁界のエネルギ分布は、該放出点からの距離に伴う減衰の仕方により、静電界、誘導界、放射界の三者により構成され、それぞれ距離の３乗、２乗、１乗で減衰する。電力の放射点のごく近傍での、それぞれの界のエネルギ量は、静電界、誘導界、放射界の順で桁違いに減少する。従来技術のＲＦＩＤで用いられる無線電力伝送に関する電磁界は主に放射界あるいは誘導界であり、民生機器稼動を可能とする数ワットから数十ワットオーダーの電力伝送は実現されていない。送信機と受信機が電気的なコンタクトが無いが物理的に接触している場合あるいは極めて近接する場合は、静電界により数ワットオーダーの電力伝送は可能となるが、実使用上遠隔で電力を送ることにならず、無線で電力を伝送することによる、情報機器の設置および移動に関する利便性向上には不十分である。例えば家庭内あるいはオフィス内での画像機器を含む情報機器の現実の使用形態を考えると、１メートル内外距離を持つ遠隔での有線電源線を代替する電力の伝送が要求される。【０００７】
このような距離において電力を伝送するためには、電磁界による遠隔伝送能力の高い領域を用いることと、電磁界の有する静電界、誘導界、放射界の３成分をもれなく活用することが、有効である。このような状況では、電力の送信部と電力の受信部は静電界および誘導界が形成する、場所的に局在するリアクティブなエネルギを介して相互に結合しているので、電気回路的に見た送信部と受信部の内部インピーダンス変化、および送信部と受信部を二端子対回路網として考えたときの相互インピーダンス変化に電力伝送効率が大きな影響を受ける。ここで、「リアクティブなエネルギ」とは、送信部と受信部の間に存在する空間と送信アンテナ及び受信アンテナを電力伝送路と考えた時の該伝送路のインピーダンスを構成するリアクタンス成分（インピーダンスの虚部）の作用に基づいて形成されるエネルギを意味するものとする。【０００８】
換言すれば、送信部から受信部への電力伝送効率を良好に保つためには、送信部と受信部の相互位置関係の変化およびこれらを取り巻く周囲環境の変化に応じて動的に、上記の内部インピーダンスおよび相互インピーダンスを変化させることが有効と成る。【０００９】
実際の無線による電力伝送システムでは、一つの送信部に対して複数の受信部がある形態が、利便性の観点から、また同電力伝送システムを形成する機器を削減する観点から、望ましい。【００１０】
無線による伝送を可能とする媒体は現実的には電磁波でありその周波数資源は有限であるため、他の通信システムおよび電力伝送を含む無線応用システムとの共存を実現する為に、一つあるいはなるべく少ない数の周波数で複数の受信部への電力伝送をすることが望ましい。【００１１】
このような、一つの周波数を用いた一対多の電力伝送を場所的に局在するリアクティブなエネルギを用いて行う場合、リアクティブなエネルギが局在性を持つために、一つの送信機と複数の受信機は該リアクティブなエネルギによって密なる相互結合状態を形成していることとなる。つまり一つの受信機の内部インピーダンスの変化が送信機のみならず他の受信機にも影響を及ぼす事になる。この影響はリアクティブなエネルギの局在性により光の速度の遅延を有する現時的には同時的に発生する。リアクティブなエネルギを用いない電力の伝送においては、送信機と複数の受信機は電気的に密な結合をしておらず、一つの受信機の内部インピーダンスの変化が、送信機および他の受信機に対して影響を及ぼすことは事実上考える必要がない。かかる、リアクティブなエネルギを介した一対多の電力伝送において、すべての送信機と受信機を含むシステム全体としての電力伝送効率を最大にする目的に対しては、一組の送信機と受信機の間に関する電力伝送効率を最大にするだけでは必ずしもその目的が達成されない。なぜなら、ある一組の送信機と受信機の間の電力伝送を最大にする該送信機の内部インピーダンスと該受信機の内部インピーダンスの組み合わせが、該送信機と他の受信機との間の電力伝送効率を最大とするそのような内部インピーダンスの組み合わせにおいて該送信機の内部インピーダンスが一致するとは限らないからである。換言すれば、一対多の同一周波数を用いた電力伝送においては、電力伝送システム全体としての最大電力伝送効率が達成されている状態で、個々の送信機と受信機の組み合わせにおける電力伝送の効率が最大となっているとは限らない。従って、システム全体の電力伝送効率を最大とするためには、各受信機と直接的に局在するリアクティブなエネルギで密に結合している送信機が、すべての受信機の内部インピーダンスに関する情報と個々の該受信機との電力伝送量を把握して、システム全体の電力伝送効率が最大と成るように送信機の内部インピーダンスと各受信機の内部インピーダンスを制御する必要が生じる。【００１２】
本発明の目的は、電力の送信部と受信部が場所的に局在するリアクティブなエネルギを介して相互に結合する、電磁界が有する静電界、誘導界、放射界のすべての界を用いて、一つあるいはなるべく少ない数の周波数で、送信部と受信部の相互位置関係の変化およびこれらを取り巻く周囲環境の変化に適応して、送信部より複数の受信部に高効率に電力を伝送する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。【００１４】
すなわち、本発明の無線電力伝送システムは、一つの送信機と複数の受信機とを含んでなる無線電力伝送システムであって、前記送信機は、アンテナと、送信部可変リアクタンス回路と、送信部制御回路と、送信部変調器と、搬送波発生回路とを具備し、前記受信機の各々は、アンテナと、受信部可変リアクタンス回路と、受信部復調器と、受信部制御回路と、整流回路と、ID記憶装置とを具備し、前記受信機の各々には各々に固有のIDが付与されており、前記送信機は、前記送信部可変リアクタンス回路を前記送信部制御回路により制御して、前記IDと制御命令とを送信し、前記受信機の各々は、前記送信機から送信される前記IDと前記制御命令とを受信し、受信したIDが前記ID記憶装置に記憶された受信機固有のIDと一致した受信機は、前記受信部可変リアクタンス回路を前記受信部制御回路により制御することを特徴とする。【００１５】
また、本発明の無線電力伝送装置は、一つの送信機と複数の受信機とを含んでなり、前記送信機は、アンテナと、送信部可変リアクタンス回路と、送信部制御回路と、送信部変調器と、搬送波発生回路とを具備し、前記受信機の各々は、アンテナと、受信部可変リアクタンス回路と、受信部復調器と、受信部制御回路と、整流回路と、ID記憶装置とを具備し、前記受信機の各々には各々に固有のIDが付与されており、前記送信機は、前記送信部可変リアクタンス回路を前記送信部制御回路により制御して、前記IDと制御命令とを送信し、前記受信機の各々は、前記送信機から送信される前記IDと前記制御命令とを受信し、受信したIDが前記ID記憶装置に記憶された受信機固有のIDと一致した受信機は、前記受信部可変リアクタンス回路を前記受信部制御回路により制御する無線電力伝送システムの前記受信機に用いられる無線電力伝送装置であって、前記アンテナ、前記受信部可変リアクタンス回路、前記受信部復調器、前記受信部制御回路、前記整流回路、および前記ID記憶装置と共に、更に変調回路を具備し、前記変調回路が半導体スイッチで構成され、前記送信機への通信をバックスキャッタリング方式にて行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一つの送信機が、一つの周波数を用いて複数の受信機に同時に高効率の電力伝送を行うシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの構成図である。
【図２】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムを構成する送信機の電力伝送制御フローチャートである。
【図３】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムを構成する受信機の電力伝送制御フローチャートである。
【図４】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの制御タイムシーケンスを説明する送信機制御のフローチャートである。
【図５】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの制御タイムシーケンスを説明する受信機制御のフローチャートである。
【図６】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの構成図である。
【図７】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの制御タイムシーケンスを説明する受信機状態遷移テーブル推移図である。
【図８ａ】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムのタイムスロット毎周波数スペクトラムであって、Ｒ１およびＴ１の場合を示す図である。
【図８ｂ】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムのタイムスロット毎周波数スペクトラムであって、Ｒ３およびＴ３の場合を示す図である。
【図９】本発明の複数の送信機を有するID制御一対多無線電力伝送システムの構成図である。
【図１０】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの構成図である。
【図１１ａ】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの一構成例を示す図である。
【図１１ｂ】図１１ａのシステム構成の等価回路を示す図である。
【図１２ａ】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの一構成例を示す図である。
【図１２ｂ】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの等価回路である。
【図１２ｃ】図１２ａのシステム構成の等価回路を示す図である。
【図１３】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムを構成するアンテナの構造である。
【図１４】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムを構成するアンテナの構造である。
【図１５】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムを構成するアンテナの構造である。
【図１６】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムを構成するアンテナの構造である。
【図１７】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムを構成する送受アンテナの相互インピーダンス特性である。
【図１８】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの一構成例を示す図である。
【図１９】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの一構成図を示す図である。
【図２０】本発明のID制御一対多無線電力伝送システムの一構成図を示す図である。
【図２１】本発明のID制御一対一無線電力伝送システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上記課題を解決する為に、送信部および受信部は、アンテナと可変リアクタンス素子と変調回路と復調回路とを具備し、受信部は固有のIDを有するものとする。発明の原理を説明する為に図１１ａ、ｂを用いる。図１１ａは送信機および受信機を含んでなる無線電力伝送システムの一構成例を示す図であり、図１１ｂはそのシステム構成の等価回路を示す図である。図１１ａの送信機と受信機ｉ（ｉ＝１，２）の電力伝達関数は、受信機と送信機の特性インピーダンスをＲｉ，ｒとし、アンテナ端での内部インピーダンスをＲｓｉ＋ｊＸｓｉ，ｒｓ＋ｊＸｓとすれば次式［数１］になる。
【００１９】
【数１】
2011042974.tif 000003
【００２０】
［数１］の電力伝送関数を極大にするＸｉの値は、同式のＸｉに関する変微分をゼロと置いて、次式［数２］となる。
【００２１】
【数２】
2011042974.tif 000004
【００２２】
送信機は複数の受信機に電力を供給する必要があるため、送信機におけるアンテナと送信機の高周波回路との整合は常に良好に保つ必要があり、送信機の制御回路は送信機のアンテナから送信機の高周波回路に戻る電力を復調器によりモニタし可変リアクタンス回路を動的に調節する。一方受信機ｉは送信機のアンテナと高周波回路との整合を良好に保つＸにおいて、送信機と受信機ｉの相互位置関係の変化およびこれらを取り巻く周囲環境の変化に適応して、［数２］に相当する値に可変リアクタンス回路を調節すればよい。受信機ｉは送信機に電力の受信状況を自己のＩＤ（ＩＤｉ）および受信電力値と供に変調器を用いて報告する。受信状況は、少なくとも、1)受信電力調整中、2)電力受信中、3)所望電力受信不可の情報を含む必要がある。「所望電力受信不可」の情報は受信機が予め定められた時間内に受信機の受信電力が所望値に達しない場合に発せられるものとする。
【００２３】
送信機は受信機から送信されるＩＤと受信電力状況を記憶しておき、「所望電力受信不可」の信号を発する受信機が存在する場合、受信電力調整中の受信機に対して電力供給不可を通達し、具体的に電力の受信が不可能となるように当該受信機に対し可変リアクタンス値ｊの強制変更を要請する。このような変更によっても、「所望電力受信不可」の信号を発する受信機が存在する場合は、当該受信機に対して、他の送信機からの電力供給を指示する。また、電力を受信中の受信機の消費電力が上昇したり受信機の数が増加するなどして、送信機が送出すべき電力が予め定められた許容値を超える場合は、電力を受信中の受信機の中から、受信電力が小さいものから順次、該当する受信機ｊに対して電力の供給を停止する情報を送信し、具体的に電力の受信が不可能となるように可変リアクタンス値ｊの強制変更を行う。電力の供給を受け付けられなかった、あるいは電力の供給を中断された受信機は、可変リアクタンスの値を、上記強制変更されたリアクタンス値の領域を避けて再度変更し、他の送信機からの電力供給を試みる。
【００２４】
受信機の数が多い場合、あるいはここの受信機の要求電力総量が大きい場合は、送信機はその台数を増やす必要がある。一般に高出力の高周波電力増幅器は効率が悪く電力伝送効率の良い送信機の最高送信電力には現実的な制限があるからである。この場合、それぞれの送信機は異なる周波数を用いることも可能である。その場合、複数の受信が効率よく電力を受信できる可変リアクタンス値の幅が結果として広くなるので、送信機から受信機への電力伝送効率の制御が容易になるからである。
【００２５】
［数２］のＸｉ（ｉ＝１，２）の値を用いて、最適の電力伝送関数を求めると次式［数３］を得る。
【００２６】
【数３】
2011042974.tif 000005
【００２７】
［数３］から解るように、送信機のアンテナと受信機のアンテナの自己インピーダンスの実部ｒｓとＲｓｉが、送信機と受信機の間の相互インピーダンスの実部ｒｍより小さい場合に、電力伝送関数の最適値が大きく取れることになる。そのような条件を満足するアンテナを実現する為には、複数の微小導体をある一定の規則に従って配置し、その特性を検証し、該一定の規則を満足する配置の候補を随時更新することによって、電力伝送システムの要求仕様を満足するアンテナ構造を見出せばよい。該候補の更新は、例えば該一定の規則下でランダムに複数の微小導体の組み合わせを生成することで実行可能である。
【００２８】
図１２ａ〜ｃにこのようなアンテナの動作を計算する方法を示す。図１２ａに示すシステム構成においては、微小導体３００上には電流ｉｋが生じ、ｉｋに対応して電圧ｖｋが生じる。該微小導体上に給電点を設けない場合は、ｖｋ＝０であり、給電点が設けられている場合は、ｉｋとｖｋは給電点のインピーダンスにより線形に結び付けられる。図１２ａの例では、送信機アンテナと受信機アンテナの給電点をｋ＝１，２と想定している。該微小導体は自身による自己インピーダンスｚｉｉと他の微小導体との間で相互インピーダンスｚｉｊ（ｉ≠ｊ）を持つ。従って、図１２ａの構造と送信機アンテナと受信機アンテナを構成する複数の微小導体に関係する電圧と電流は一対一の対応が取れる。図１２ａのアンテナ構造の変化は、図１２ｂのインピーダンス行列の形の変化（同行列が含む複数の微小導体の自己インピーダンスと相互インピーダンスの組合せ集合）となって表れる。図１２ｂの行列方程式の形から明らかなように、インピーダンス行列の逆行列であるアドミッタンス行列を該行列方程式の両辺に左から乗ずれば電圧ｖ１とｖ２のみを変数とする、２×２の該アドミッタンス行列の部分小行列による新たな行列方程式が得られる。この行列方程式に対応する等価回路を図１２ｃに示す。図１１ｂの等価回路との対比により、［数１］乃至［数３］の各数式間の関係は、図１２ａ〜ｃにおいて、双対の関係で成立していることが判る。従って、電力伝送関数の最適値が大きく取れる条件は、図１２ａの様式のアンテナでは、送信機のアンテナと受信機のアンテナの給電点の自己アドミッタンスの実部ｇｓとＧｓｉが送信機のアンテナの給電点と受信機のアンテナの給電点との間の相互アドミッタンスの実部ｇｍより小さいことになる。このため、該自己アドミッタンスが小さく、該相互アドミッタンスが大きい、送信機アンテナと受信機アンテナの構造を見出せばよい事になる。該アドミッタンス行列は、複数の微小導体の自己インピーダンスと相互インピーダンスを要素とするインピーダンス行列の逆数であるから、微小導体間の相互インピーダンスはその間の距離に逆比例することに着目して、行列と逆行列のお互いの要素の関係を用いる事により、該相互アドミッタンスを大きくするように、送信機アンテナの給電部と受信機アンテナの給電部の直線距離をなるべく小さく取り、該自己アドミッタンスを小さくするように給電点からみた同一のアンテナ（送信アンテナあるいは受信アンテナ）上に存在する微小導体からの直線距離の和をなるべく大きくとるような構造を実現すればよい事になる。そのような構造は、送信機および受信機のアンテナが、一体面の上に複数の微小多角形導体の集合で形成され、該一体面が有する対称軸に対して密度が対称となるように該複数の微小多角形導体が配置され、送信機のアンテナと受信機のアンテナ上に存在する微小多角形導体上に設けられる給電点の各々が、送信アンテナと受信アンテナを結ぶ最短距離を形成し且つ該対称軸より離れて分布していることにより実現可能である。
【００２９】
［数３］からわかるように、送信機と受信機が具備するアンテナによって形成されるアンテナ系の相互インピーダンスの虚部絶対値が最小の場合に電力伝送関数が最大値を与える。この条件は、相互インピーダンスの虚部がゼロである事に他ならず、該相互インピーダンスが共振状態にあることと等価である。相互インピーダンスは送信機と受信機が具備するアンテナの相互距離によって変化する。アンテナの動作は寸法を波長で規格化した量によって特定される。アンテナ系の相互インピーダンスの距離依存性は、この距離を波長で規格化した量によって決定される。従って、相互インピーダンスの該アンテナの相互距離の変化は、波長の逆数である周波数を反比例の関係で変化させることにより相殺可能である。このため、送信機の送信周波数は可変であることが望ましい。さらに、送信機の送信周波数の変化の、送信機と受信機が具備するアンテナによって形成されるアンテナ系の相互インピーダンスに対する変化量を強調するために、アンテナ構造の一部にリアクタンス素子を装荷する事が有効である。
【００３０】
送信機と受信機の相対位置が変化すると、送信機と受信機が具備するアンテナによって形成されるアンテナ系の相互インピーダンスが変化する。この変化に追随して、送信機から受信機への高効率の電力伝送を実現する為には、受信アンテナの構造の一部に可変リアクタンス素子を装荷し、送信機が受信機の電力受容量を最大とすべく、該可変リアクタンス素子を制御することが効果的である。この効果を強調するために、送信アンテナの構造の一部に可変リアクタンス素子を装荷し、同様な考え方で送受アンテナの該可変リアクタンス素子を制御する方法が効果を示す。この場合、送信機の送信周波数を可変とすることで、同効果をより強調することが可能である。
【００３１】
本発明によれば、電磁波による電力伝送を行う場合に空間に生じる、静電界、誘導界、放射界をすべて用いるため、従来技術である、単独の界に着目した無線システムよりも高効率の電力伝送が可能な無線電力伝送システムにおいて、一つの送信機が、一つの周波数を用いて複数の受信機に同時に高効率の電力伝送を実現できるので、無線電力伝送システムを構成する送信機を削減する効果があり、一つの送信機が伝送可能な最大電力に近い状態で電力伝送システムを作動できるので、送信機が具備する高周波電力増幅器を高効率で動作させる効果が生じ、結果として電力伝送システム自体の省エネルギ化が図られる。
【００３２】
以下、図を参照しつつ、本発明の各実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの一実施例の構成を示す図であり、一つの送信機と二つの受信機すなわち第一の受信機と第二の受信機で構成される。送信機は送信部アンテナ1に結合する送信部可変リアクタンス回路2に方向性結合器6が接続され、該方向性結合器6には変調器3を介する搬送波生成回路8および送信部復調器7と検波回路9の並列接続も接続され、該送信部復調器7と検波回路9の出力は送信部制御回路4に入力され、該送信部制御回路4は記憶回路5と接続し搬送波発生回路1の入力信号と供に送信部変調器3と可変リアクタンス回路2を制御する。第一の受信機は受信部アンテナ11に結合する受信部可変リアクタンス回路12に受信部復調器17と受信部変調器13が並列接続し、変調器13の後段には整流回路16が接続し受信部制御回路14に電源供給し、該受信部制御回路14はID記憶装置15と接続し受信部復調器17の出力信号を用いて受信部変調器13と受信部可変リアクタンス回路12を制御する。第二の受信機の構成も同一である。送信機と受信機は電磁気的に空間結合しており、その特性は相互インピーダンスｒｍ１＋ｊＸｍ１，ｒｍ２＋ｊＸｍ２で回路表現される。図1の電磁気的な等価回路は、送信機および受信機の可変リアクタンス回路以降を一つの高周波回路と考えてその特性インピーダンスｒ＋ｊ０およびＲｉ＋ｊ０（ｉ＝１，２）を用いて図11bの等価回路表現が可能である。該等価回路表現における電力伝達関数は［数１］で与えられ、ｒｍｉ，Ｘｍｉ，Ｘ，Ｘｉをパラメータとして含む。換言すれば送信機および受信機を取り囲む環境が変化し、ｒｍｉおよびＸｍｉが変化し送信機から受信機への電力伝送が劣化した場合、送信機および受信機の機器内部のパラメータであるXおよびXiを変化させる事により電力伝達の劣化を補償する効果を生じさせることができる。また、ｒｍｉおよびＸｍｉが定まれば、XおよびXiの調整により送信機から受信機への電力伝送を最適化することが可能となる。送信機と第一の受信機あるいは第二の受信機との相対位置は一般には異なるが、送信機は各受信機が持つ固有のIDを用いて、電力伝達の劣化補償動作を個別の受信機に対して行うことができる。【００３４】
従って、本実施例に拠れば、空間的に隔てられた送信機と複数の受信機の間で、該送信機と受信機を取り囲む周囲環境の変化に追随して高効率の電力伝送を無線で実現する効果がある。また、各受信機は送信機から送られる各種の制御信号を自機が保有する固有のIDによって識別可能であるので、他システムからの不要無線信号を誤って自機に対する該制御信号と誤認することを防げるので、電力伝送の安定化および信頼性向上に効果がある。
【実施例２】
【００３５】
図2は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの構成要素である送信機の動作を示すフローチャートである。送信機は無限の電力を発生し得ないので、予め許容最大出力Ｐｍａｘが定められる。搬送波発生回路8から発生された電力は理想的にはすべて送信部アンテナ1より外部空間に出力されるべきであるが、実際は一部外部には出力されず送信機内部に戻る。この戻る電力を小さくすることにより送信機より受信機への高効率な電力伝送効率が実現するので、該戻る電力の最大許容値を許容反射電力Ｐｒｔ＿ｍａｘとして予め定めておく。搬送波発生回路8の出力を一定限度に保つため該搬送波発生回路8の一部出力を分岐しモニタする。送信機に結合する受信機の数が増える、あるいは該受信機の受信電力が上昇することにより、搬送波発生回路8の出力がＰｍａｘを超えた場合は、まず、送信機から電力を受信しようとしている受信機の存在を送信機の記憶回路5内部の受信機状態遷移テーブルより検索して、存在する場合は同受信機に対して電力受信の中止要請を当該IDとともに送信する。そのような受信機が存在しない場合は、送信機から電力を受信している受信機の存在を送信機の記憶回路5内部の受信機状態遷移テーブルより検索して、存在する場合は同受信機に対して電力受信の中止要請を当該IDとともに送信する。【００３６】
次に、送信機は送信部アンテナ1から送信機内部に戻る電力を方向性結合器6と検波回路9によりモニタし、該戻る電力がＰｒｔ＿ｍａｘ未満と成るように送信部制御回路4が送信部可変リアクタンス回路2を制御する。同制御が完了したら、送信機は受信機からの信号受信を試みる。送信機の方向性結合器6を介して送信部復調器7で送信機内部に侵入する信号の復調が成功したら、当該受信機のIDと受信電力状態である可変リアクタンス回路の状態と受信電力値を記憶回路5内部の受信機状態遷移テーブルに書き込む。該受信電力状態のなかに、「所望電力受信不可」の情報を見つけた場合、他の受信機の当該受信機に対する擾乱を取り除く為に、送信機から電力を受信しようとしている受信機の存在を送信機の記憶回路5内部の受信機状態遷移テーブルより検索して、存在する場合は同受信機に対して電力受信の中止要請を当該IDとともに送信する。そのような受信機が存在しない場合は、本来送信機と当該受信機の空間的位置関係等が、送信機より当該受信機への十分な電力伝送をし得ない条件となっていると判断して、当該受信機に対して電力受信の中止要請を当該IDとともに送信する。【００３７】
以上の制御を繰り返すことにより、送信機から受信機に対して高効率な電力伝送を、送信機が過剰な電力伝送を試みブレークダウンすることなく安定的に実現可能となる。
【実施例３】
【００３８】
図3は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの構成要素である受信機の動作を示すフローチャートである。受信機は予め必要とする電力受信量を所望受信電力Ｐｄｓｒとして定めている。一般に受信機は小型化が要請されるので、受信部可変リアクタンス回路12の規模を大きくすることは出来ず同リアクタンス値の可変幅はＸｍｉｎ，Ｘｍａｘで制限される。【００３９】
先ず、受信機は受信部可変リアクタンス回路12の初期リアクタンス値を定め、そのときの受信電力を整流回路16の出力を受信部制御回路14がモニタして得る。受信電力がＰｄｓｒに達していればそのまま、送信機に対してIDと受信電力値と電力受信中の情報を送信する。【００４０】
受信電力がＰｄｓｒに達していなければ、受信部可変リアクタンス回路12のリアクタンス値を変化させ、受信電力がＰｄｓｒに近づくような制御を開始し、送信機に対してIDと現状受信電力値と受信電力調整中の情報を送信する。同制御の過程で、受信部可変リアクタンス回路12の要求リアクタンス値が可変幅Ｘｍｉｎ〜Ｘｍａｘを逸脱した場合は、送信機側での電力伝送状態の改善（他受信機への電力伝送停止、送信機の送信部可変リアクタンス回路２調整）を期待して、送信機に対してIDと現状受信電力値と所望電力受信不可の情報を送信する。続いて送信機からの信号を受信し同信号を受信部復調器17で復調し受信機固有IDと一致した制御信号が送信機からの電力送信中断命令を得た場合は、本来送信機と当該受信機の空間的位置関係等が、送信機より当該受信機への十分な電力伝送をし得ない条件となっていると判断して、受信部可変リアクタンス回路12の初期値を変更し、現状交信を行っていた送信機とは別の送信機への接続を試みる。【００４１】
以上の制御を繰り返す事により、複数の受信機の電力受信要求に柔軟対応して、一送信機対多受信機の高効率電力伝送を実現可能となる。
【実施例４】
【００４２】
図４は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの構成要素である送信機が複数の受信機を制御するために必要となる各受信機の電力受信状態を把握することを可能なら締める送信機の動作を示すフローチャートである。実際の電力伝送サービスを想定すると、送信機は最大送信電力等の条件により電力伝送に関して収容可能な受信機を予め定めることが必要でこの値をＮｍａｘとして予め定めている。Ｎｍａｘが２以上の一般の整数Ｎであることは明らかである。送信機は受信機の情報を格納する受信機状態遷移テーブルを具備するが、該受信機状態遷移テーブルに各時刻で登録されている受信機の総数をＮｒｅｇとして、その初期値をあらかじめリセットしておく。送信機は複数の受信機の存在を認識する為の、受信機固有のIDを受信する時間間隔であるID受信時間ｔ＿ＩＤおよび、個々の受信機の電力受信状態を把握する時間間隔である受信機要請時間ｔ＿ｏｄｒを予め定めている。これら時間間隔を用いて制御を管理する為にＴｉｍｅｒを送信機は具備している。まず、Ｔｉｍｅｒを起動して、ｔ＿ＩＤの期間に受信機からの受信信号の復調を試みる。復調に成功した場合は、受信機状態遷移テーブルに登録されている受信機数が最大収容受信機数を超えていないか確認し超えていない場合に、該復調信号に含まれる受信機固有のIDを受信機状態遷移テーブルに書きこみ、Ｎｒｅｇの値を一つ増やして更新する。受信機状態遷移テーブルに登録されている受信機数が最大収容受信機数を超えていないか確認し超えている場合は再び受信機固有のID受信を試みる。該復調が失敗した場合は、ｔ＿ＩＤの期間内で繰り返し復調を試みる。受信機状態遷移テーブルは受信機状態遷移テーブルポインタを具備しており、受信機状態遷移テーブルが特定の番地ごとに記述している該当受信機のIDと該受信機の受信電力値と電力受信に関する動作に関する情報を含む受信機状態を、順次該番地ごとに読み出す順序を制御する。ｔ＿ＩＤの期間が経過したら、受信機状態遷移テーブルのアドレスを示すポインタに従い該ポインタの示すアドレスに記述されているＩＤ番号と当該IDに相当する受信機の受信機状態を報告する命令を送信する。送信が終わった後受信機からの返信を得る為に受信機からの信号を受信と復調を行い復調が成功して当該受信機の受信機状態が取得できたら、受信機の受信電力がゼロでないか確認しゼロでない場合は、現行のポインタの指し示すアドレスに記述されている当該受信機の固有IDに続いて該受信機状態を書き込む。受信機の受信電力がゼロでないか確認しゼロの場合は、該受信機固有のIDおよび同受信機の受信状態を保持する必要がないので、同ポインタが示すアドレスの内容を削除し、Ｎｒｅｇの値を一つ減らして更新する。該復調が失敗した場合は、ｔ＿ｏｄｒの期間内で繰り返し復調を試みる。受信機状態を取得し受信機状態遷移テーブルへの書き込みが終了したら、送信機の出力電力を確認し送信機の出力電力が図２のフローチャートで示される許容最大出力である許容値を超えていない場合は、ポインタのアドレスを進めて次の受信機固有IDが書かれているところまで更新する。もし送信機の出力電力が図２のフローチャートで示される許容最大出力である許容値を超えていたら、受信機状態���移テーブルポインタを受信機状態遷移テーブルに書き込まれている各受信機の受信電力も最も小さい受信機に対応するIDが書かれているアドレスに移動させる。これらのポインタの移動が完了したら、Ｔｉｍｅｒを再起動するために制御の最初に戻り上記の動作を繰り返す。【００４３】
本実施例に拠れば、一つの送信機で複数の受信機への電力伝送効率を制御可能となるので、一対多のリアクティブなエネルギを介した無線電力伝送をするシステムのシステム全体としての電力伝送効率を最大とする制御が可能となる。
【実施例５】
【００４４】
図５は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの構成要素である送信機が複数の受信機を制御するために必要となる各受信機の電力受信状態を把握することを可能なら締める受信機の動作を示すフローチャートである。受信機はその存在を送信機に認識させる為に、各受信機固有のIDを送信する時間間隔であるランダム値であるｔ＿ｒａｎｄを発生させる。この時間間隔を用いて制御を管理する為にＴｉｍｅｒを受信機は具備している。【００４５】
まず、Ｔｉｍｅｒを起動して、ｔ＿ｒａｎｄの時刻に受信機固有のIDを送信する。その後、送信機からの信号を受信して復調を試みる。復調に成功した場合は該復調信号に含まれる受信機固有のIDが自己の固有IDと一致しているか判定して、一致していれば受信した送信機からの信号は自分に対する制御命令であると判断し、ID送信停止要求があるかどうか判定する。ID送信停止要求があった場合は、引き続きどこかのタイミングで自己の受信電力量と電力受信に関する制御状況を含む受信機状態の報告要請が送られるので、受信信号の復調を試みて、復調が成功した場合は、復調信号に含まれるIDを自己のIDと同一かを判断して同一であれば、自己のIDと供に受信機状態を送信する。復調に失敗するか、復調信号に含まれるIDが自己のIDと異なる場合は、繰り返し改めて復調を試みる。受信機が何らかの条件で、自ら電力受信を中止するか、送信機からの要求で電力受信を中断した場合は、本実施例のフローチャートの「始め」にもどり制御を初めからやり直す事になる。【００４６】
本実施例に拠れば、図４の実施例と供に、一つの送信機で複数の受信機への電力伝送効率を制御可能となるので、一対多のリアクティブなエネルギを介した無線電力伝送をするシステムのシステム全体としての電力伝送効率を最大とする制御が可能となる。
【実施例６】
【００４７】
図６は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムにおいて、送信機が一台で受信機はN（N≧2）台である、同一の周波数を用いて一対多の電力伝送を行う実施例の構造を示す図であり、送信機1と受信機1と受信機2の構成は図１の実施例と同一であり、受信機３から受信機Nの構成は受信機１の構成と同様である。図７は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの一対多の電力伝送の制御方法を図６の具体構成例で解説することを目的とし、本発明からなる送信機および受信機の制御のタイムシーケンスを、それぞれ、送信機の記憶回路5内部の受信機状態遷移テーブルの更新状態、送信機制御のフローチャート、受信機制御のフローチャートを用いて説明する図である。本実施例では、送信機は不特定の受信機からのID送出信号を受信する受信スロットＲｉと特定の受信機に制御信号を送信する送信スロットＴｉを交互に時間軸上に配置している。また、説明を明快にするために、受信機の台数は４台、送信機は同時に３台までの受信機を制御可能とした。なお、送信機の許容最大出力は13mWとした。送信機の許容最大出力を増やす事により、該送信機が同時に制御可能な台数は任意に増やすことができ、該送信機の周辺に存在する受信機の数には事実上制限が無いことは明らかである。【００４８】
Ｒ１でＩＤ０１の受信機からの信号を復調できたので、受信機状態遷移テーブルにＩＤ０１を書き込み、受信機固有のタイミングでのＩＤ送出を中止する命令をＩＤ０１と供に送信する。
Ｔ１でＩＤ０１の受信機に対して受信電力状態の報告要請を出し、同受信機からの受信電力状態を受信機状態遷移テーブルのＩＤ０１に相当する番地に書き込む。
Ｒ２，Ｔ２では、Ｒ１，Ｔ１と同様の動作をＩＤ０３の受信機に対して行った。
Ｒ３では、複数受信機からの送信信号が衝突した為か、信号の復調に失敗した。
Ｔ３では、ＩＤ０１、ＩＤ０３に続く登録受信機が無いので、初めに戻ってＴ１と同様の動作を行った。
Ｒ４でＩＤ０４の受信機からの信号を復調できたので、受信機状態遷移テーブルにＩＤ０４を書き込み、受信機固有のタイミングでのＩＤ送出を中止する命令をＩＤ０４と供に送信する。
Ｔ４でＩＤ０３の受信機に対して受信電力状態の報告要請を出し、同受信機からの受信電力状態を受信機状態遷移テーブルのＩＤ０３に相当する番地に書き込む。
Ｒ５では，ＩＤ０２の受信機のＩＤを受信したが、既に制御可能な受信機数最大限度なので新たな制御は行わない。
Ｔ５では、Ｔ１と同様の動作をＩＤ０４の受信機に対して行った。
Ｒ６では、Ｒ５と同様新たな制御は行わない。
Ｔ６では、ＩＤ０１の受信機より電力受信中止を示す受信電力ゼロを得たのでＩＤ０１に相当する番地をリセットした。
Ｒ７，Ｔ７ではＲ１およびＴ１と同様の動作をＩＤ０２およびＩＤ０３の受信機に対して行った。
Ｒ８では受信信号が得られなかった。
Ｔ８では、Ｔ１と同様の動作をＩＤ０４の受信機に対して行った。
Ｒ９では受信信号が得られなかった。
Ｔ９では、Ｔ１と同様の動作をＩＤ０２の受信機に対して行った。
Ｒ１０では受信信号が得られなかった。
Ｔ１０では、Ｔ１と同様の動作をＩＤ０３の受信機に対して行った。その結果、送信機の出力が最大許容出力を超えることが判明した。そのため、受信機状態遷移テーブルを検索して、受信電力最小の受信機のＩＤ（ＩＤ０２）に対する番地にＩＤ送信用ポイントを移し変えた。
Ｒ１１では受信信号が得られなかった。
Ｔ１１では、ＩＤ０２の受信機に対して電力受信停止の命令を送信した。同受信機から電力受信中止を意味する受信電力ゼロを得たのでＩＤ０２に相当する番地をリセットした。
Ｒ１２，Ｔ１２では、Ｒ１およびＴ１と同様の動作をＩＤ０２およびＩＤ０３の受信機に対して行った。【００４９】
以上の制御により、送信機の過大出力を抑制しつつ、該送信機の最大制御受信機数に対応して、存在する四つの受信機に対して効率的な電力伝送を実現する効果を得た。
【実施例７】
【００５０】
図８ａおよび図８ｂは図７のID制御一対多無線電力伝送システムの各タイムスロットにおける同電力伝送システムが使用する電磁波の周波数スペクトラムを示した図であり、図８ａはＲ１およびＴ１、図８ｂはＲ３およびＴ３の場合を示している。両図より送信機と受信機はバックスキャッタリング等の振幅変調を用いており、Ｒ１では単一の受信機からの信号が到達したために、同信号の復調が可能となり、Ｒ３ではほとんど同一時刻に二つの受信機からの信号が到達した為に、それらの信号の復調が出来なかったことが分る。本発明のID制御一対多無線電力伝送システムでは受信機は固有の送信タイミングで該受信機固有のIDを送信するので、Ｒ３で衝突したこれらのIDを載せた信号は、いずれかの受信スロットＲｉでそれぞれ送信機に受信され復調される。
【実施例８】
【００５１】
図９は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムにおいて、搬送波の周波数が異なる二つの送信機と三つの受信機が存在する場合の一実施例の構造を示す図であり、送信機1と受信機1と受信機2の構成は図１の実施例と同一であり、送信機２の構成および受信機３の構成は、それぞれ、送信機１の構成および受信機１の構成と同様である。本実施例中の送信機および受信機の動作は、図２乃至図４の実施例と同一である。本実施例では、受信機２は送信機１あるいは送信機２より電力受信が可能であるが、送信機１との相互インピーダンス量が、送信機２との相互インピーダンス量より大きいため、図２乃至図４の実施例の動作に従って送信機１からの電力供給を受けることとなる。【００５２】
本実施例に拠れば、複数の周波数を用いることにより無線電力伝送可能な受信機の数を増やせるので、本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの電力伝送容量増大に効果がある。
【実施例９】
【００５３】
図１０は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの他の実施例を示す図である。図１の実施例と異なる点は、送信機が制御回路４と結合する時計１０を具備し、受信機の受信部変調回路１３が半導体スイッチで実現されており、受信部整流回路14がダイオード18と平滑回路19で実現されている点である。本実施例では、送信機は記憶回路5内部に受信機状態履歴テーブルを具備できる。受信機の電力受信状況をタイムスタンプ付きで該受信機状態履歴テーブルに格納可能なので、各受信機がどれだけの電力を使用したかを確認することができ、この情報より受信機への電力供給に関する課金システムを構築可能である。受信機は送信機に対して情報を伝送する際に受信機のアンテナのインピーダンスを変化させ送信機へ到達する電磁気的エネルギの振幅を変化させる振幅変調を変調手段として用いる。【００５４】
この方式はバックスキャッタリング方式と呼ばれるもので受信機側にて新たな搬送波を生成することなく送信機に情報を送信することができ、該搬送波発生に関する電力消費を削減できるので受信機の消費電力削減、ひいてはID制御一対多無線電力伝送システム全体の消費電力低減の効果を有する。
【実施例１０】
【００５５】
図１３は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの他の実施例を示す図である。微小導体４００の集合体である、送信機アンテナ４１１と受信機アンテナ４１２で構成され、送信機アンテナ４１１の給電点には励振電流源４０４が結合し、受信機アンテナ４１２の給電点には負荷抵抗４０５が結合している。本実施例では、ＩＤ制御一対多無線電力伝送システムを実現するアンテナの構造を説明する為に、他の要素は省略してある。送信機アンテナ４１１および受信機アンテナ４１２は面状であり、該面上の一つの対称軸に対して対称に、該微小導体４００の密度が、該対称軸の近傍では疎パタン４０２に代表されるように疎となるように形成され、周辺部に行くに従い密パタン４０１に代表されるように密であるように配置される。送信アンテナ４１１および受信アンテナ４１２の給電点は、これらアンテナが互いに他のアンテナ形状の正射影と該アンテナ自身の共通部分が最大となるように対向して設置された場合に、最小距離となるように配置される。また、該両者の給電点は該微小導体の密度が密である領域に設定される。【００５６】
本実施例によれば、送信アンテナと受信アンテナの給電点の距離が短く取れるので相互アドミッタンスを大きくすることが出来、給電点からみた同一のアンテナ上に存在する微小導体からの直線距離の和を大きく取れるので、送信アンテナおよび受信アンテナの給電点の相互アドミッタンスの実部を大きく、両者の自己アドミッタンスの実部を小さくすることができるので、本実施例の送信アンテナと受信アンテナを用いた、ID制御一対多無線電力伝送システムの電力伝送効率を向上させる効果がある。また、送信アンテナおよび受信アンテナの給電部近傍に導体を多く配置できるので、両アンテナの給電点の機械強度を上げることができ、送信アンテナおよび受信アンテナの部分で最も電力が集中する部分の構造安定性を向上させることが出来、結果として、ID制御一対多無線電力伝送システムの電力伝送を安定させる効果がある。
【実施例１１】
【００５７】
図１４は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの他の実施例を示す図である。図１３の実施例と異なる点は、微小導体４００の集合体であり面構造を有する、送信機アンテナ４１１と受信機アンテナ４１２が、該面上の一つの対称軸に対して対称に、該微小導体４００の密度が、周期性を持って粗密を繰り返すことである。【００５８】
本実施例によれば、特定の方向にアンテナを構成する複数の微小導体４００が発生する電磁波の位相をそろえることができる。従って、図１３の実施例の効果に加えて、対称軸に垂直な特定の方向の電磁波の強度を大きくすることが出来るので、該方向に対する電力伝送効率を向上させる効果がある。
【実施例１２】
【００５９】
図１５は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの他の実施例を示す図である。図１３の実施例と異なる点は、微小導体４００の集合体であり面構造を有する、送信機アンテナ４２１と受信機アンテナ４２２が、該面上の互いに直交する二つの対称軸に対して対称に、該微小導体４００の密度が、周期性を持って粗密を繰り返すことである。本実施例では、周期性の基準となる対称軸が二つ存在するので、二次元的な二重周期性を説明する為に図１４では示していない中密度パタン４０３を示している。【００６０】
本実施例によれば、直交する二つの対称軸に供に直交する一方向に、特定の方向にアンテナを構成する複数の微小導体４００が発生する電磁波の位相をそろえることができる。従って、図１４の実施例に比べて、特定の方向の電磁波の強度を大きくする効果が大きい。
【実施例１３】
【００６１】
図１６は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの他の実施例を示す図である。図１３の実施例と異なる点は、微小導体４００の集合体であり面構造を有する、送信機アンテナ４２１と受信機アンテナ４２２が、該面の法線方向を回転軸として、該微小導体４００の密度が、該回転軸に対して直角な動径方向に回転対称性を伴って周期性を持って粗密を繰り返すことである。本実施例においても、アンテナ構造と微小導体の配置密度の関係を明らかにする為に図１４では示していない中密度パタン４０３を示した。【００６２】
本実施例によれば、送信アンテナおよび受信アンテナを互いに対向させる事により、図１５の実施例に比べて、送信アンテナから受信アンテナへの電力伝送効率を向上させることができる。
【実施例１４】
【００６３】
図１８は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの他の実施例を示す図である。実施例１乃至１３のID制御一対多無線電力伝送システムにおいて、受信アンテナ構造の一部に分布装荷リアクタンス素子５２２を装荷し送信機が周波数可変搬送波発生装置５１３を具備している。本図では、送信アンテナ５０１と可変リアクタンス素子５１１を具備する一つの送信機と、受信アンテナ５０２と可変リアクタンス素子５２１と分布装荷リアクタンス素子５２２を具備する複数Ｎ台の受信機がシステムを構成している。送信アンテナと受信アンテナ間の相互インピーダンスが、図１７の相互リアクタンスがゼロと成る共振条件を、当初設定された送信機と受信機の相対位置に対して満たす様に、該送信アンテナと該受信アンテナは設計される。送信機と受信機の相対位置が変動した場合の、送信アンテナと受信アンテナ間の相互インピーダンスを制御するために、送信機は、受信機からの受容電力情報を用いて該受容電力が最大となるように、送信機の搬送波周波数を制御する。【００６４】
本実施例によれば、送信アンテナと受信アンテナ間の相互インピーダンスが、送信機と受信機の相対位置にかかわらず、共振条件に近づくように調整されるので、送信機と受信機の相対位置の変動に対する送信機から受信機への電力伝送効率低下を抑制効果があり、換言すれば、送信機と受信機の相対位置に対するアライメントの制約を緩和する効果がある。
【実施例１５】
【００６５】
図１９は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの他の実施例を示す図である。図１８のID制御一対多無線電力伝送システムと異なる点は、受信アンテナの構造の一部に分布装荷可変リアクタンス素子６２２が結合し、送信アンテナの構造の一部に分布装荷可変リアクタンス素子６１２が結合していることである。送信機と受信機の相対位置が変動した場合の、送信アンテナと受信アンテナ間の相互インピーダンスを制御するために、送信機は、受信機からの受容電力情報を用いて該受容電力が最大となるように、送信機および受信機の可変リアクタンス素子を制御する。【００６６】
本実施例においても、送信アンテナと受信アンテナ間の相互インピーダンスが、送信機と受信機の相対位置にかかわらず、共振条件に近づくように調整されるので、実施例１５と同様の効果が実現する。
【実施例１６】
【００６７】
図２０は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの他の実施例を示す図である。図１９のID制御一対多無線電力伝送システムと異なる点は、受信アンテナの構造の一部に分布装荷可変リアクタンス素子７２１が複数結合し、送信機が周波数可変搬送波発生装置７１３を具備することである。送信機と受信機の相対位置が変動した場合の、送信アンテナと受信アンテナ間の相互インピーダンスを制御するために、送信機は受信機からの受容電力情報を用いて該受容電力が最大となるように、送信機の搬送波周波数と送信機および受信機の可変リアクタンス素子を制御する。【００６８】
本実施例によれば、送信アンテナと受信アンテナ間の相互インピーダンスの送信機と受信機の相対位置変化に対する制御の、該相対位置変化の変化幅に関する適応範囲を広げることができるので、送信機と受信機の相対位置に対するアライメントの制約緩和を向上させる効果がある。
【実施例１７】
【００６９】
図２１は本発明からなるID制御一対多無線電力伝送システムの一実施例の構成を示す図であり、一つの送信機と一つの受信機で構成される。送信機は送信部アンテナ1に結合する送信部可変リアクタンス回路2に方向性結合器6が接続され、該方向性結合器6には変調器3を介する搬送波生成回路8および送信部復調器7と検波回路9の並列接続も接続され、該送信部復調器7と検波回路9の出力は送信部制御回路4に入力され、該送信部制御回路4は記憶回路5と接続し搬送波発生回路1の入力信号と供に送信部変調器3と可変リアクタンス回路2を制御する。第一の受信機は受信部アンテナ11に結合する受信部可変リアクタンス回路12に受信部復調器17と受信部変調器13が並列接続し、変調器13の後段には整流回路16が接続し受信部制御回路14に電源供給し、該受信部制御回路14は受信部復調器17の出力信号を用いて受信部変調器13と受信部可変リアクタンス回路12を制御する。送信機と受信機は電磁気的に空間結合しており、その特性は相互インピーダンスｒｍ１＋ｊＸｍ１，ｒｍ２＋ｊＸｍ２で回路表現される。図1の電磁気的な等価回路は、送信機および受信機の可変リアクタンス回路以降を一つの高周波回路と考えてその特性インピーダンスｒ＋ｊ０およびＲｉ＋ｊ０（ｉ＝１，２）を用いて図１１ｂの等価回路表現が可能である。該等価回路表現における電力伝達関数は［数１］で与えられ、ｒｍｉ，Ｘｍｉ，Ｘ，Ｘｉをパラメータとして含む。換言すれば送信機および受信機を取り囲む環境が変化し、ｒｍｉおよびＸｍｉが変化し送信機から受信機への電力伝送が劣化した場合、送信機および受信機の機器内部のパラメータであるXおよびXiを変化させる事により電力伝達の劣化を補償する効果を生じさせることができる。また、ｒｍｉおよびＸｍｉが定まれば、XおよびXiの調整により送信機から受信機への電力伝送を最適化することが可能となる。【００７０】
従って、本実施例に拠れば、空間的に隔てられた送信機と受信機の間で、該送信機と受信機を取り囲む周囲環境の変化に追随して高効率の電力伝送を無線で実現する効果がある。
【符号の説明】
【００７１】
１…送信部アンテナ、２…送信部可変リアクタンス回路、３…送信部変調器、
４…送信部制御回路、５…記憶回路、６…方向性結合器、
７…送信部復調器、８…搬送波発生回路、９…検波回路、１０…時計、
１１…受信部アンテナ、１２…受信部可変リアクタンス回路、１３…受信部変調器、
１４…受信部制御回路、１５…ＩＤ記憶装置、１６…整流回路、１７…受信部復調器、
１８…ダイオード、１９…平滑回路、
２１…受信部アンテナ、２２…受信部可変リアクタンス回路、２３…受信部変調器、
２４…受信部制御回路、２５…ＩＤ記憶装置、２６…整流回路、２７…受信部復調器、
３１…受信部アンテナ、３２…受信部可変リアクタンス回路、３３…受信部変調器、
３４…受信部制御回路、３５…ＩＤ記憶装置、３６…整流回路、３７…受信部復調器、
４１…受信部アンテナ、４２…受信部可変リアクタンス回路、４３…受信部変調器、
４４…受信部制御回路、４５…ＩＤ記憶装置、４６…整流回路、４７…受信部復調器、
１００…送信部高周波回路、１０１…送信部アンテナ、
１０２…送信部可変リアクタンス回路、１０８…搬送波発生回路、
２００…送信部高周波回路、２０１…送信部アンテナ、
２０２…送信部可変リアクタンス回路、
３００…微小導体、３０１…送信機アンテナ、３０２…受信機アンテナ、
４００…微小導体、４０１…疎パタン、
４０２…密パタン、４０３…中密度パタン、
４０４…給電電流源、４０５…負荷抵抗、
４１１…送信機アンテナ、４１２…受信機アンテナ、
４２１…送信機アンテナ、４２２…受信機アンテナ、
４３１…送信機アンテナ、４３２…受信機アンテナ、
４４１…送信機アンテナ、４４２…受信機アンテナ、
５０１…送信機アンテナ、５０２…受信機アンテナ、
５１１…可変リアクタンス素子、５１３…周波数可変搬送波発生装置、
５２１…可変リアクタンス素子、５２２…分布装荷可変リアクタンス素子、
６０１…送信機アンテナ、６０２…受信機アンテナ、
６１１…可変リアクタンス素子、６１２…分布装荷可変リアクタンス素子、
６２１…可変リアクタンス素子、６２２…分布装荷可変リアクタンス素子、
７０１…送信機アンテナ、７０２…受信機アンテナ、７１１…可変リアクタンス素子、
７１２…分布装荷可変リアクタンス素子、７１３…周波数可変搬送波発生装置、
７２１…可変リアクタンス素子、７２２…分布装荷可変リアクタンス素子。
【図１】
2011042974.tif 000006
【図２】
2011042974.tif 000007
【図３】
2011042974.tif 000008
【図４】
2011042974.tif 000009
【図５】
2011042974.tif 000010
【図６】
2011042974.tif 000011
【図７】
2011042974.tif 000012
【図８ａ】
2011042974.tif 000013
【図８ｂ】
2011042974.tif 000014
【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１７】
2011042974.tif 000022
【図１８】
2011042974.tif 000023
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図１３】
2011042974.tif 000027
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月5日(2012.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの送信機と複数の受信機とを含んでなる無線電力伝送システムであって、
前記送信機は、アンテナと、送信部可変リアクタンス回路と、送信部制御回路と、送信部変調器と、搬送波発生回路とを具備し、
前記受信機の各々は、アンテナと、受信部可変リアクタンス回路と、受信部復調器と、受信部制御回路と、整流回路と、ID記憶装置とを具備し、
前記受信機の各々には各々に固有のIDが付与されており、
前記送信機は、前記送信部可変リアクタンス回路を前記送信部制御回路により制御して、前記IDと制御命令とを送信し、
前記受信機の各々は、前記送信機から送信される前記IDと前記制御命令とを受信し、受信したIDが前記ID記憶装置に記憶された受信機固有のIDと一致した受信機は、前記受信部可変リアクタンス回路を前記受信部制御回路により制御する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項２】
請求項1において、
前記送信機の前記送信部可変リアクタンス回路の制御と、単一あるいは複数である前記受信機の受信部可変リアクタンス回路の制御とが、時系列的に交互に行われる
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記送信機は、方向性結合器と検波回路とを更に具備し、かつ、前記搬送波発生回路の出力のうち前記送信機の前記アンテナで反射して前記送信機外部に出力されず前記送信機内部に戻る電力を検知し、該戻る電力が最小と成るように前記送信部制御回路によって前記送信部可変リアクタンス回路を調整し、
前記受信機の各々は、前記整流回路によって得られる電力が最大となるように前記受信部制御回路によって前記送信部可変リアクタンス回路を調整する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記送信機は送信部復調器と記憶回路とを更に具備し、
前記受信機の各々は受信部変調器を更に具備し、
前記受信機の各々は可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力とID記憶装置に予め格納された固有のIDとを前記送信機に前記受信部変調器を用いて送信し、
前記送信機は前記受信機の該送信内容を前記送信部復調器で読み取り、該記憶回路内部に存在する、受信機状態遷移テーブルに受信機IDと可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力とを書き込む
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記送信機は最大許容出力電力値を有し、送信出力が該最大許容出力電力値を超えた場合、情報の交換を行っている受信機の単一あるいは複数のいずれかに対し、該受信機の固有IDとともに電力受信の中断を要請する信号を送信し、該信号を受信した受信機のうち固有IDが一致するものが、前記受信部制御回路によって電力受信の中断動作を行う
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項６】
請求項５において、
電力受信を中断する受信機を、前記送信機の前記記憶回路内部にある前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれている受信電力の小さいIDに対応する受信機、または、可変リアクタンス回路の制御状況が制御途中で電力受信が安定状態に達していないIDに対応する受信機から順次選択する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項７】
請求項６において、
前記送信機は一定時間間隔で前記受信機に対して制御命令を送信する第１のタイムスロットを有し、
該第１のタイムスロットで前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれているID毎に順次、前記受信機に対して制御信号を該IDとともに送信し、
前記受信機は該制御信号を受信し、受信信号に含まれるIDが自己の固有IDと一致する場合、可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力とID記憶装置に予め格納された固有のIDとを前記送信機に前記受信部変調器を用いて送信する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項８】
請求項７において、
前記送信機の出力電力が予め定められた最大許容出力電力値を超えた場合、前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれている受信電力の小さいIDに対応する受信機、または、可変リアクタンス回路の制御状況が制御途中で電力受信が安定状態に達していないIDに対応する受信機を優先して受信機制御信号を送信する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項９】
請求項８において、
前記受信機が電力受信を停止し、前記送信機が受信する特定のIDの受信機に相当する可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力にて該受信電力が複数の前記第１のタイムスロットに渡りゼロである場合、前記送信機は前記記憶回路内部の前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれている当該IDおよび可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力とを削除する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１０】
請求項９において、
前記送信機は前記記憶回路内部に受信機状態履歴テーブルおよび時計を更に具備し、
前記送信機が前記記憶回路内部の前記受信機状態遷移テーブルに書き込まれている当該IDおよび可変リアクタンス回路の制御状況と受信電力とを削除する場合に、その内容と時刻とを前記受信機状態履歴テーブルに順次格納する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記送信機は前記第１のタイムスロットとは異なる第２のタイムスロットを有し、
前記受信機は固有の送信間隔で自己のIDを送信し、
前記送信機は前記第２のタイムスロットにて前記受信機からのID信号を受信し、前記記憶回路内部にある前記受信機状態遷移テーブルに該IDを書き込み、該受信機からの受信機固有の送信間隔を持つ自己IDの送信を停止する信号を該IDと供に送信し、
前記受信機は固有の送信間隔を持つ自己IDの送信停止信号を受信し、該受信信号に含まれるIDが自己の固有IDと一致する場合、固有の送信間隔を持つ自己IDの送信を停止する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項１２】
一つの送信機と複数の受信機とを含んでなり、
前記送信機は、アンテナと、送信部可変リアクタンス回路と、送信部制御回路と、送信部変調器と、搬送波発生回路とを具備し、
前記受信機の各々は、アンテナと、受信部可変リアクタンス回路と、受信部復調器と、受信部制御回路と、整流回路と、ID記憶装置とを具備し、
前記受信機の各々には各々に固有のIDが付与されており、
前記送信機は、前記送信部可変リアクタンス回路を前記送信部制御回路により制御して、前記IDと制御命令とを送信し、
前記受信機の各々は、前記送信機から送信される前記IDと前記制御命令とを受信し、受信したIDが前記ID記憶装置に記憶された受信機固有のIDと一致した受信機は、前記受信部可変リアクタンス回路を前記受信部制御回路により制御する無線電力伝送システムの前記受信機に用いられる無線電力伝送装置であって、
前記アンテナ、前記受信部可変リアクタンス回路、前記受信部復調器、前記受信部制御回路、前記整流回路、および前記ID記憶装置と共に、更に変調回路を具備し、
前記変調回路が半導体スイッチで構成され、前記送信機への通信をバックスキャッタリング方式にて行う
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記送信機および前記受信機の電子回路の特性インピーダンスに比べて、前記送信機の前記アンテナの自己インピーダンスの実部および前記受信機の前記アンテナの自己インピーダンスの実部が夫々、前記送信機の前記アンテナと前記受信機の前記アンテナとの相互インピーダンスの実部より小さい
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記送信機および前記受信機の前記アンテナが、一体面の上に複数の微小多角形導体の集合で形成され、該一体面が有する対称軸に対して密度が対象となるように該複数の微小多角形導体が配置され、前記送信機の前記アンテナと前記受信機の前記アンテナとの上に存在する微小多角形導体上に設けられる給電点の各々が、前記送信機の前記アンテナと前記受信機の前記アンテナとを結ぶ最短距離を形成し且つ該対称軸より離れて分布している
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記送信機および前記受信機の前記アンテナによって形成されるアンテナ系の相互インピーダンスが共振条件を満足する
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記受信機の前記アンテナの構造の一部にリアクタンス素子が装荷され、
該リアクタンス素子は、前記送信機および前記受信機の前記アンテナの相対位置変化に追随し、該共振条件を維持するために前記送信機が送信する電磁波の周波数を変化させる
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記送信機の前記アンテナおよび前記受信機の前記アンテナの構造の一部に可変リアクタンス素子が装荷され、
前記可変リアクタンス素子は、前記送信機および前記受信機の前記アンテナの相対位置変化に追随し、該共振条件を維持するために、前記送信機によって制御される
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記可変リアクタンス素子は、前記送信機が送信する電磁波の周波数を変化させることで、前記送信機によって制御される
ことを特徴とする無線電力伝送装置。
【国際調査報告】
2011042974.tif 000031
2011042974.tif 000032
2011042974.tif 000033
2011042974.tif 000034